Team K02-2014: Papadopoulos Dimitrios, Avramiotis-Falireas Odysseas-Christos Students, Dept of Mechanical Eng, NTUA
Short Abstract: Design and manufacture a construct on 3D printer, that will be able to isolate cytokines close to the cell surface.
Acknowledgements: We would like to thank Dimitris Messinis for his help on understanding the biological experiments that will be conducted on the construct. We would also like to thank Alexander Poleshchuk and Nikos Kavalopoulos for their precious help on learning necessary hints on Solidworks and 3D printing.
Introduction:
Η διαδικασία ELISA (Enzymed-Linked ImmunoSorbent Assay) είναι η κύρια μέθοδος με την οποία εξετάζεται η παρουσία και η συγκέντρωση ενός βιομορίου, όπως μιας πρωτεΐνης. Με τη διάταξη που θα σχεδιάσουμε και θα κατασκευάσουμε, θα μπορεί να γίνει ELISA με παραμαγνητικά μικροσφαιρίδια (beads) πολύ κοντά στα κύτταρα, ώστε να απομονώσουμε και να εξετάσουμε τις πρωτεΐνες που χρησιμοποιούνται ώστε να επικοινωνούν τα κύτταρα μεταξύ τους.
Σκοπός του project:
Ο σκοπός του project είναι η δημιουργία διάταξης για το εργαστήριο της Εμβιομηχανικής που να επιτρέπει τη διαδικασία bead based ELISA να γίνεται κοντά στα κύτταρα.
Σχεδιασμός του project:
Αρχικά γνωρίζαμε ότι η συγκέντρωση των εκκρινόμενων πρωτεϊνών είναι μεγαλύτερη κοντά στα κύτταρα όπως απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα:
Στη συνέχεια γνωρίζοντας τα παρακάτω specs ξεκινήσαμε να σχεδιάζουμε το πείραμά μας:
Αποφασίσαμε να φτιάξουμε μια διάταξη που θα αποτελείται από 3d printed κύλινδρους, μαγνήτες ώστε να συγκρατούν τα παραμαγνητικά μικροσφαιρίδια(beads) της bead based ELISA και ένα 3d printed 16 well plate: Διάταξη με beads, 3d printed κυλίνδρο και μαγνήτη
1.Σχεδιασμός 16 well plate και εκτύπωση του σε 3d printer Γνωρίζοντας τις βασικές διαστάσεις ενός τυπικού 96 well plate και γνωρίζοντας ότι σε κάθε well θα καλλιεργηθούν κύτταρα σε 100μl θρεπτικού υγρου (όπως φαίνεται στο παρακάτω πίνακα), σχεδιάσαμε και τυπώσαμε σε 3d printer το παρακάτω 16 well plate.
Βάθος well
10,67mm
Διάμετρος στη κορυφή του well
6,86mm
Διάμετρος στο μέγιστο βάθος
6,37mm
Όγκος περιεχομένου
100μl
3d printed 16 well plate
2.Μέτρηση τρυβλίων (wells) με μικρόμετρο βάθους
Από τις μετρήσεις των wells μετά την 3d εκτύπωση προέκυψαν τα παρακάτω αποτελέσματα
3.Υπολογισμός διαμέτρου κυλίνδρου ώστε να μην ξεχειλίζει το τρυβλίο
Τα τρυβλία έχουν κωνική μορφή. Έτσι ο συνολικός όγκος των κυλίνδρων προκύπτει από τους παρακάτω υπολογισμούς:
Ο κατασκευαστής μας δίνει τον όγκο του τρυβλίου 360 μl. Όμως καθώς το πρόβλημα είναι υπερδιαστασιολογημένο, και ο σχεδιασμός της διάταξης απαιτεί μεγάλη ακρίβεια, υπολογίσαμε αλγεβρικά τον όγκο του τρυβλίου 367,7μl.
Τα τριβλία έχουν κωνική μορφή και άρα ισχύει για την ακτίνα: R=Ro+ah
Για R=Rmax=3,43mm υπολογίζεται a=0,023
To ύψος ενός υποτιθέμενου κώνου όπου στο τέλος του θα είχε R=0mm υπολογίζεται από τη σχέση:
Έτσι τώρα μπορούμε να υπολογίσουμε τον όγκο του τρυβλίου από την παρακάτω σχέση:
Για τον όγκο του κυλίνδρου πρέπει να ισχύει: Vτρυβλ. -Vκυλ. >100μl.--> Vκυλ<268μl
Τέλος προκύπτει r<5,65mm
4.Σχεδιασμός κυλίνδρων διαφορετικού ύψους και εκτύπωση σε 3d printer
3d printer κύλινδρος
5.Mέτρηση ύψους κυλίνδρων
Πίνακας μετρήσεων ύψους κυλίνδρων
1ο συμπέρασμα: Από τις μετρήσεις προέκυψε ότι η ακρίβεια του 3d printer δεν επαρκεί για το project, οπότε για να μειώσουμε το σφάλμα στις μετρήσεις θα χρησιμοποιήσουμε μια τυπική 96 well plate και όχι την 3d printed 16 well plate.
6.Σχεδιασμός βάσης αποτελούμενης από 3d printed κύλινδρους
Το ύψος των κυλίνδρων της βάσης ξεκινάει από Η1=10.5 mm-H16=7.5 mm, με διαφορά ΔΗ=0.2mm μεταξύ δύο διπλανών κυλίνδρων.Η διάμετρος όλων των κυλίνδρων είναι 5mm.
Βάση 3d printed κύλινδρων
7.Σχεδιασμός βάσης στήριξης μαγνητών από plexiglas
Αρχικά σχεδιάστηκε βάση με οπές από plexiglas,πάχους 4mm και και κόπηκε σε laser cutter, με οπές σε αντίστοιχα σημεία με αυτά της βάσης με τους κύλινδρους.
Βάση από plexiglas
Στη συνέχεια προστέθηκαν στις οπές βίδες Μ2x10 σε ανάλογα ύψη με αυτά των κυλίνδρων
Τέλος στην κεφαλή της κάθε βίδες θα προστεθεί ένας μαγνήτης από νεοδύμιο 52 (D=3.5mm,h=10mm) όπου θα εισέρχεται μέσα στους κυλίνδρους
Συμπεράσματα:
Οι μονοί 3d printed κύλινδροι που σχεδιάστηκαν και τυπώθηκαν από την ομάδα μας με μαγνήτες χρησιμοποιήθηκαν με επιτυχία σε πείραμα του εργαστηρίου.
Το 3d printed 16 well plate που τυπώθηκε από την ομάδα μας χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία σε πείραμα του εργαστηρίου για να αποδειχτεί ότι το υλικό του 3d printer δεν είναι τοξικό για τα κύτταρα.
Near Cell ELISA
Date: November-2014
Team K02-2014: Papadopoulos Dimitrios, Avramiotis-Falireas Odysseas-Christos
Students, Dept of Mechanical Eng, NTUA
Short Abstract:
Design and manufacture a construct on 3D printer, that will be able to isolate cytokines close to the cell surface.
Acknowledgements:
We would like to thank Dimitris Messinis for his help on understanding the biological experiments that will be conducted on the construct. We would also like to thank Alexander Poleshchuk and Nikos Kavalopoulos for their precious help on learning necessary hints on Solidworks and 3D printing.
Introduction:
Η διαδικασία ELISA (Enzymed-Linked ImmunoSorbent Assay) είναι η κύρια μέθοδος με την οποία εξετάζεται η παρουσία και η συγκέντρωση ενός βιομορίου, όπως μιας πρωτεΐνης. Με τη διάταξη που θα σχεδιάσουμε και θα κατασκευάσουμε, θα μπορεί να γίνει ELISA με παραμαγνητικά μικροσφαιρίδια (beads) πολύ κοντά στα κύτταρα, ώστε να απομονώσουμε και να εξετάσουμε τις πρωτεΐνες που χρησιμοποιούνται ώστε να επικοινωνούν τα κύτταρα μεταξύ τους.
Σκοπός του project:
Ο σκοπός του project είναι η δημιουργία διάταξης για το εργαστήριο της Εμβιομηχανικής που να επιτρέπει τη διαδικασία bead based ELISA να γίνεται κοντά στα κύτταρα.
Σχεδιασμός του project:
Αρχικά γνωρίζαμε ότι η συγκέντρωση των εκκρινόμενων πρωτεϊνών είναι μεγαλύτερη κοντά στα κύτταρα όπως απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα:
Στη συνέχεια γνωρίζοντας τα παρακάτω specs ξεκινήσαμε να σχεδιάζουμε το πείραμά μας:
Διάταξη με beads, 3d printed κυλίνδρο και μαγνήτη
1.Σχεδιασμός 16 well plate και εκτύπωση του σε 3d printer
Γνωρίζοντας τις βασικές διαστάσεις ενός τυπικού 96 well plate και γνωρίζοντας ότι σε κάθε well θα καλλιεργηθούν κύτταρα σε 100μl θρεπτικού υγρου (όπως φαίνεται στο παρακάτω πίνακα), σχεδιάσαμε και τυπώσαμε σε 3d printer το παρακάτω 16 well plate.
3d printed 16 well plate
2.Μέτρηση τρυβλίων (wells) με μικρόμετρο βάθους
Από τις μετρήσεις των wells μετά την 3d εκτύπωση προέκυψαν τα παρακάτω αποτελέσματα
3.Υπολογισμός διαμέτρου κυλίνδρου ώστε να μην ξεχειλίζει το τρυβλίο
Τα τρυβλία έχουν κωνική μορφή. Έτσι ο συνολικός όγκος των κυλίνδρων προκύπτει από τους παρακάτω υπολογισμούς:
Ο κατασκευαστής μας δίνει τον όγκο του τρυβλίου 360 μl. Όμως καθώς το πρόβλημα είναι υπερδιαστασιολογημένο, και ο σχεδιασμός της διάταξης απαιτεί μεγάλη ακρίβεια, υπολογίσαμε αλγεβρικά τον όγκο του τρυβλίου 367,7μl.
Τα τριβλία έχουν κωνική μορφή και άρα ισχύει για την ακτίνα: R=Ro+ah
Για R=Rmax=3,43mm υπολογίζεται a=0,023
To ύψος ενός υποτιθέμενου κώνου όπου στο τέλος του θα είχε R=0mm υπολογίζεται από τη σχέση:
Έτσι τώρα μπορούμε να υπολογίσουμε τον όγκο του τρυβλίου από την παρακάτω σχέση:
Για τον όγκο του κυλίνδρου πρέπει να ισχύει: Vτρυβλ. -Vκυλ. >100μl.--> Vκυλ<268μl
Τέλος προκύπτει r<5,65mm
4.Σχεδιασμός κυλίνδρων διαφορετικού ύψους και εκτύπωση σε 3d printer
5.Mέτρηση ύψους κυλίνδρων
Πίνακας μετρήσεων ύψους κυλίνδρων
1ο συμπέρασμα: Από τις μετρήσεις προέκυψε ότι η ακρίβεια του 3d printer δεν επαρκεί για το project, οπότε για να μειώσουμε το σφάλμα στις μετρήσεις θα χρησιμοποιήσουμε μια τυπική 96 well plate και όχι την 3d printed 16 well plate.
6.Σχεδιασμός βάσης αποτελούμενης από 3d printed κύλινδρους
Το ύψος των κυλίνδρων της βάσης ξεκινάει από Η1=10.5 mm-H16=7.5 mm, με διαφορά ΔΗ=0.2mm μεταξύ δύο διπλανών κυλίνδρων.Η διάμετρος όλων των κυλίνδρων είναι 5mm.
7.Σχεδιασμός βάσης στήριξης μαγνητών από plexiglas
Αρχικά σχεδιάστηκε βάση με οπές από plexiglas,πάχους 4mm και και κόπηκε σε laser cutter, με οπές σε αντίστοιχα σημεία με αυτά της βάσης με τους κύλινδρους.
Στη συνέχεια προστέθηκαν στις οπές βίδες Μ2x10 σε ανάλογα ύψη με αυτά των κυλίνδρων